桌面云技術(shù)在智慧校園建設(shè)中的應(yīng)用研究

李永明

摘要：隨著超融合技術(shù)的發(fā)展，在超融合應(yīng)用基礎(chǔ)上產(chǎn)生桌面云技術(shù)。文章分析了桌面云技術(shù)的特點(diǎn)，特別是桌面云技術(shù)相對(duì)普通PC的重要優(yōu)勢(shì)。并就當(dāng)前職業(yè)院校智慧校園建設(shè)的一些痛點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行了剖析，對(duì)桌面云技術(shù)在智慧校園建設(shè)中的可行性進(jìn)行分析，提出了在智慧校園建設(shè)中運(yùn)用桌面云技術(shù)的方案。推廣和使用桌面云技術(shù)，是未來(lái)智慧校園建設(shè)的重要方向。

關(guān)鍵詞：桌面云;智慧校園;職業(yè)院校

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2022）18-0095-02

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 桌面云技術(shù)的特點(diǎn)

隨著超融合技術(shù)的快速發(fā)展，在超融合架構(gòu)的基礎(chǔ)上，誕生了一類(lèi)關(guān)鍵性的應(yīng)用，這就是桌面云。桌面云是基于云數(shù)據(jù)中心的一種虛擬桌面應(yīng)用技術(shù)，具有信息安全、維護(hù)高效的特點(diǎn)[1]?？梢詫⒃瓉?lái)普通PC上的桌面、應(yīng)用和數(shù)據(jù)全部遷移到數(shù)據(jù)中心，利用虛擬化技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)一儲(chǔ)存和管理，使用簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備，客戶(hù)端就能進(jìn)入桌面云實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理[2]。前端的接收設(shè)備，包括云終端、普通PC、筆記本電腦和智能終端等，是一種替代PC的理想方案。桌面云可以帶來(lái)三個(gè)價(jià)值點(diǎn)：一是基于虛擬桌面云技術(shù)構(gòu)建的云資源平臺(tái)能提供統(tǒng)一化管理功能，能夠保證平臺(tái)管理的可靠性和安全性[3]。將數(shù)據(jù)集中存放到服務(wù)器上，不僅可以防止數(shù)據(jù)丟失，還可以通過(guò)策略配置來(lái)禁止U盤(pán)、打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等的使用，從而確保信息的安全性;二是桌面云可以通過(guò)模板克隆技術(shù)一次性生成很多新桌面，實(shí)現(xiàn)桌面的快速部署，同時(shí)，IT管理員可以集中進(jìn)行軟硬件升級(jí)和故障處理，提升維護(hù)效率;三是用戶(hù)可以通過(guò)瘦終端、PC、智能終端等不同設(shè)備，隨時(shí)隨地訪問(wèn)專(zhuān)屬自己的桌面和應(yīng)用，提升使用便捷性和工作效率。

2 目前職業(yè)院校智慧校園建設(shè)的痛點(diǎn)

職業(yè)院校的教育信息化建設(shè)，已經(jīng)歷了十多年的建設(shè)過(guò)程。近年來(lái)，隨著數(shù)字化校園基礎(chǔ)設(shè)施的基本完善，職業(yè)院校的信息化建設(shè)逐步轉(zhuǎn)向智慧校園建設(shè)。智慧校園是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，以“大數(shù)據(jù)+云服務(wù)”為核心，采用輕載化終端、網(wǎng)絡(luò)化操作、虛擬化資源的方式，集中部署模式，融合校園教學(xué)、管理、生活等軟硬件平臺(tái)，通過(guò)云數(shù)據(jù)中心把“物聯(lián)網(wǎng)”和“軟件平臺(tái)”有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建一體化、智能化的校園新生態(tài)。

職業(yè)院校智慧校園應(yīng)用的落腳點(diǎn)，還是最終的用戶(hù)終端。目前常見(jiàn)的有三種形態(tài)，普通PC、智能平板、智能手機(jī)。在日常教學(xué)、辦公、學(xué)習(xí)等常態(tài)化的應(yīng)用中，普通PC是最主要的終端設(shè)備，隨著智慧校園建設(shè)的推進(jìn)，教師辦公、教學(xué)，實(shí)訓(xùn)教學(xué)機(jī)房等普通PC的數(shù)量急劇增大，隨之產(chǎn)生很多的新問(wèn)題。

由于絕大多數(shù)老師并不具備電腦維護(hù)方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，主要關(guān)注各自的教學(xué)業(yè)務(wù)。因此當(dāng)電腦出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，IT運(yùn)維人員面臨巨大的工作壓力，電腦的維護(hù)工作已成為信息化部門(mén)最煩瑣的工作。學(xué)校對(duì)數(shù)據(jù)的安全性及教學(xué)資源的積累日益重視，為保障數(shù)據(jù)的安全并形成有效的資源積累，擬定了管理措施。但當(dāng)本地設(shè)備出現(xiàn)損壞、丟失或被盜時(shí)，其中的數(shù)據(jù)將隨計(jì)算機(jī)的損壞、丟失而消失，對(duì)學(xué)校的教學(xué)工作造成很多麻煩。

目前職業(yè)院校教師智慧校園應(yīng)用方面主要存在的問(wèn)題：

（1）辦公靈活性差。PC模式下，桌面系統(tǒng)綁定在主機(jī)上，而主機(jī)位置相對(duì)固定，不能隨人員流動(dòng)。受地點(diǎn)限制，教職工若不在自己的工位上，就無(wú)法使用自己的計(jì)算機(jī)進(jìn)行辦公，影響辦公效率。

（2）業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)易丟失和存儲(chǔ)缺陷。教職工在日常工作中經(jīng)常有大量教學(xué)資源及工作文件等重要業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)遺留在PC本地磁盤(pán)，傳統(tǒng)PC在USB設(shè)備管控、數(shù)據(jù)管控等方面的實(shí)現(xiàn)手段都很復(fù)雜，而數(shù)據(jù)備份和存儲(chǔ)，容錯(cuò)容災(zāi)手段又往往非常簡(jiǎn)易甚至沒(méi)有，老師們?cè)谡`操作或其他原因下導(dǎo)致這些重要數(shù)據(jù)外泄，給個(gè)人和學(xué)校帶來(lái)巨大的損失。

（3）運(yùn)營(yíng)成本與隱性成本高昂。購(gòu)置PC后，需要IT運(yùn)維管理員投入大量的時(shí)間和精力，逐臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)及軟件的安裝。大部分老師不具備電腦維護(hù)方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，對(duì)于PC的使用過(guò)程中需要的校園文件共享服務(wù)、校園認(rèn)證系統(tǒng)登錄和注銷(xiāo)、校園OA本地化配置、打印機(jī)驅(qū)動(dòng)安裝等問(wèn)題，都需要相應(yīng)的IT技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行協(xié)助處理排障。同時(shí)，隨著運(yùn)行過(guò)程中硬件的不斷老化，PC的散熱風(fēng)扇、內(nèi)存和硬盤(pán)等也經(jīng)常出故障，不僅需要管理員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行維修和更換，每年還需要投入大量的資金進(jìn)行配件的采購(gòu)。另外，PC在工作運(yùn)行時(shí)，CPU、顯卡等組件發(fā)熱量大、功耗高，平均每臺(tái)主機(jī)功耗在200W左右，常年下來(lái)，使用PC工作所帶來(lái)的電費(fèi)支出也是一筆不菲的費(fèi)用。

3 桌面云技術(shù)在智慧校園應(yīng)用的可行性研究

桌面云涉及終端、網(wǎng)絡(luò)、傳輸協(xié)議、虛擬化軟件、服務(wù)器、存儲(chǔ)等很多個(gè)組件，而且不同組件相互依賴(lài)比較大，只要其中一個(gè)環(huán)節(jié)優(yōu)化不夠，或者出現(xiàn)一些問(wèn)題，比如軟硬件兼容性不好、前后端API對(duì)接出錯(cuò)等等，這些都會(huì)影響到用戶(hù)體驗(yàn)。最佳用戶(hù)體驗(yàn)應(yīng)該是，在不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景下，桌面云在應(yīng)用及外設(shè)的兼容性和流暢度都要和PC一樣，并且要比PC在數(shù)據(jù)保護(hù)方面更安全、在管理方面更高效，從而才能保障各種業(yè)務(wù)順利地開(kāi)展。解決這個(gè)問(wèn)題的辦法是采用深度融合的桌面云產(chǎn)品。

首頁(yè)，讓桌面云能夠有媲美PC的體驗(yàn)。第一個(gè)維度是軟件及外設(shè)的兼容性。辦公所需要的軟件及外設(shè)種類(lèi)非常多，軟件方面有Office、郵件等標(biāo)準(zhǔn)化的軟件，也有自主開(kāi)發(fā)的軟件;外設(shè)方面，有打印機(jī)、掃描儀、高拍儀等不同類(lèi)型的設(shè)備。要做到廣泛的兼容性需要從以下兩方面入手：（1）桌面云設(shè)備對(duì)接和軟件API調(diào)用需要從硬件層、虛擬化層、傳輸協(xié)議、終端接口等多方面入手進(jìn)行優(yōu)化，減少兼容性問(wèn)題;（2）因?yàn)檐浖屯庠O(shè)不可能一下全部支持，所以必須投入大量研發(fā)資源持續(xù)改進(jìn)。第二維度是提供與PC一致的桌面流暢度。終端方面，需要能夠充分利用瘦終端的硬件芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像渲染、視頻解碼等，提高桌面顯示的質(zhì)量和流暢度;傳輸方面，主要是協(xié)議的優(yōu)化，需要靠流緩存、重復(fù)數(shù)據(jù)削減、圖像壓縮等提高響應(yīng)速度，減少帶寬占用。后端方面，除CPU和內(nèi)存外，利用虛擬存儲(chǔ)方案，直接利用服務(wù)器本地硬盤(pán)組成存儲(chǔ)資源池，以獲得高端存儲(chǔ)所具有的IO性能。

其次，讓桌面云長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定使用。解決辦法是：（1）服務(wù)器要有集群設(shè)計(jì)方案;（2）存儲(chǔ)要有數(shù)據(jù)熱備和冷備方案;（3）網(wǎng)絡(luò)要有多端口聚合方案。這樣才可以應(yīng)對(duì)服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)故障所帶來(lái)的影響。

再次，讓桌面云能安全使用。采取的技術(shù)措施包括：（1）通過(guò)嚴(yán)格的多因子認(rèn)證和準(zhǔn)入控制，杜絕非法用戶(hù)、非法設(shè)備接入桌面云;（2）通過(guò)數(shù)據(jù)加密、防攻擊技術(shù)，保障數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的安全性;（3）通過(guò)在服務(wù)端對(duì)用戶(hù)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密存儲(chǔ)，保護(hù)個(gè)人隱私安全。

最后，讓桌面云高效部署及運(yùn)維。通過(guò)軟硬件的深度融合，將桌面云的各組件集成為一套標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)，開(kāi)箱啟動(dòng)就可以使用，部署效率高。通過(guò)簡(jiǎn)便易用的Web控制臺(tái)，一鍵式、向?qū)降呐渲梅绞郊白詣?dòng)化排障工具，使運(yùn)維自動(dòng)化，簡(jiǎn)化日常管理和排障的工作量。

4 桌面云技術(shù)在智慧校園應(yīng)用的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

以目前市場(chǎng)占有率較高的深信服桌面云為例，整個(gè)桌面云系統(tǒng)由數(shù)據(jù)中心端和用戶(hù)端構(gòu)成。數(shù)據(jù)中心端包括桌面云超融合服務(wù)器、服務(wù)器虛擬化軟件、存儲(chǔ)虛擬化軟件、云桌面控制平臺(tái)軟件（VDC）。用戶(hù)端即云終端，包括ARM架構(gòu)和X86架構(gòu)兩種。

（1）桌面云一般拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如下：

（2）應(yīng)用和桌面部署。桌面云的系統(tǒng)管理員按部門(mén)創(chuàng)建不同的模板，安裝好對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)軟件。再通過(guò)模板派生的方式，快速派生出100個(gè)甚至更多桌面。當(dāng)有教學(xué)或辦公PC到使用年限需要更換時(shí)，管理員只需要從虛擬機(jī)資源池中選擇對(duì)應(yīng)的虛擬機(jī)進(jìn)行分發(fā)。管理員可隨時(shí)根據(jù)實(shí)際需要對(duì)系統(tǒng)或軟件鏡像進(jìn)行個(gè)性化處理，并通過(guò)交付平臺(tái)自動(dòng)分配給客戶(hù)端[4]。支持對(duì)商業(yè)軟件授權(quán)復(fù)用，在教室、辦公室、機(jī)房都可以登錄獲取專(zhuān)屬桌面云。

（3）運(yùn)程桌面接入。教師放學(xué)回家后、外出參加會(huì)議、學(xué)術(shù)研討等需要遠(yuǎn)程辦公時(shí)，通過(guò)筆記本、平板或手機(jī)就可以登錄到個(gè)人專(zhuān)屬桌面，登錄校園網(wǎng)內(nèi)，通過(guò)數(shù)據(jù)中心訪問(wèn)需要的專(zhuān)業(yè)材料和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提高移動(dòng)靈活性和辦公效率。

（4）管理和運(yùn)維。桌面云的系統(tǒng)管理員通過(guò)圖形化管理界面監(jiān)控云桌面平臺(tái)及各部門(mén)虛擬機(jī)運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并遠(yuǎn)程處理，當(dāng)桌面性能不足時(shí)，管理員只需要通過(guò)圖形化的管理界面，就可以提升CPU核數(shù)、內(nèi)存大小或磁盤(pán)空間。新增打印機(jī)、業(yè)務(wù)軟件或系統(tǒng)需要升級(jí)時(shí)，管理員只需要在模板中更新，教職工的桌面就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行同步，不需要IT管理員逐臺(tái)安裝打印機(jī)驅(qū)動(dòng)或逐臺(tái)升級(jí)，對(duì)于IT運(yùn)維人員來(lái)說(shuō)，極大地降低了工作量。

（5）網(wǎng)絡(luò)安全保障。桌面云系統(tǒng)，使所有的教職工和學(xué)生的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)（如學(xué)籍信息、科研數(shù)據(jù)、課程資源等）都保存在云服務(wù)器上，教職工只能看到操作系統(tǒng)的圖像界面，沒(méi)有實(shí)際的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)到達(dá)終端，即使終端報(bào)廢，也不用擔(dān)心數(shù)據(jù)外泄。在策略控制下，教職工對(duì)數(shù)據(jù)只有讀取和編輯權(quán)限，不能隨意取走。根據(jù)需求還可以設(shè)置細(xì)顆粒的管理策略對(duì)資源進(jìn)行切分。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)和管理，提供系列化數(shù)據(jù)保護(hù)機(jī)制，比如多副本、快照、CDP等策略，支持分布式存儲(chǔ)和集中存儲(chǔ)兩套備份和恢復(fù)機(jī)制。同時(shí)，可針對(duì)桌面云配置分布式防火墻，用來(lái)阻止勒索病毒的橫向傳播，避免重大安全事件的出現(xiàn)。

（6）節(jié)能與擴(kuò)容。硬件集成化的云終端功耗僅20W左右，瘦客戶(hù)機(jī)的功耗只有普通PC機(jī)的四分之一，能有效減少電力能源的消耗[5]，使用周期長(zhǎng)達(dá)5-8年，可以節(jié)省大量的電力能源成本和硬件維修及更換成本。隨著業(yè)務(wù)擴(kuò)張，需要桌面擴(kuò)容時(shí)，只需加入新的云終端和服務(wù)器，硬件資源復(fù)用率很高。

5 桌面云技術(shù)在智慧校園應(yīng)用效果

桌面云的建設(shè)，將操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、用戶(hù)放到數(shù)據(jù)中心，并通過(guò)桌面交付的方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集中管理。依托桌面云服務(wù)，實(shí)現(xiàn)教師在實(shí)訓(xùn)室、教室、辦公室等場(chǎng)所實(shí)時(shí)接入個(gè)人桌面云，通過(guò)數(shù)據(jù)交換與資源共享開(kāi)展各項(xiàng)教育教學(xué)活動(dòng)[6]。桌面提供的是服務(wù)器級(jí)別的安全和效能，最大程度上實(shí)現(xiàn)教學(xué)業(yè)務(wù)的連續(xù)性和可靠性。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)于一般的辦公用戶(hù)（不含視頻、3D和音頻需求），典型的用戶(hù)帶寬平均200kbps，500個(gè)并發(fā)桌面的帶寬需求為500*200Kbps=100000 Kbps=976Mbps，目前數(shù)據(jù)中心核心交換機(jī)都是萬(wàn)兆以上接口，接入層交換機(jī)均為千兆以上，完全能滿(mǎn)足職業(yè)院校教職工日常辦公流暢使用的目標(biāo)，和普通PC的應(yīng)用感受基本相同甚至效果更好。

桌面云超融合服務(wù)器是基于“固態(tài)硬盤(pán)+機(jī)械硬盤(pán)”的混合式磁盤(pán)組合，使用具有很高IO性能的固態(tài)硬盤(pán)，緩存桌面云在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常訪問(wèn)的熱點(diǎn)數(shù)據(jù)，高達(dá)60%以上的熱點(diǎn)數(shù)據(jù)緩存命中率，有效保障了桌面云超融合服務(wù)器的讀寫(xiě)效率。便得用戶(hù)比使用普通PC機(jī)械硬盤(pán)更快的響應(yīng)感受。

通過(guò)云終端使用，單臺(tái)PC功耗從200多瓦降至20瓦，有效降低碳排放量和能源成本，碳排放量預(yù)計(jì)降低 80% 以上，根據(jù)終端數(shù)量，一年節(jié)約的能源成本達(dá)數(shù)萬(wàn)至數(shù)十萬(wàn)元，符合國(guó)家節(jié)能減排的大政方針。

6 總結(jié)

教育信息化日益完備的今天，計(jì)算機(jī)作為智能型信息化工具已經(jīng)和學(xué)校師生的日常工作和學(xué)習(xí)密不可分。隨云計(jì)算技術(shù)的成熟和現(xiàn)代化辦公需求日益增多，云終端、平板、智能手機(jī)等新型信息化工具，無(wú)論技術(shù)先進(jìn)性還是易用性都已逐漸超越傳統(tǒng)PC，普通計(jì)算機(jī)已經(jīng)不是教育行業(yè)教學(xué)和辦公最理想的解決方案。在保持現(xiàn)有層次結(jié)構(gòu)關(guān)系不變的前提下，采用超融合服務(wù)器、桌面虛擬化技術(shù)，可使資源得到最大化利用，應(yīng)用系統(tǒng)可靠性也大大提高;教職工桌面云的使用感受和目前的本機(jī)工作無(wú)差別，完全可以滿(mǎn)足教學(xué)、管理等需要，但在安全性、可靠性、便利性方面有了很大的提高，同時(shí)運(yùn)維的難度、使用成本方面，有了明顯的降低。在智慧校園建設(shè)中，逐步推廣使用桌面云系統(tǒng)，符合教育信息化發(fā)展方向。

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